【Nastran高性能】关乎仿真效率的那些因素-动力篇

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了Nastran动力学仿真中的高性能设置选项，特别是ACMS（自动部件模态综合法）的使用。ACMS通过自动分割求解域和模态合成，提高了模态分析及相关动力响应求解的效率。文章详细说明了ACMS的使用方法、注意事项和应用效果，并通过对比Lanczos法展示了ACMS在不同求解范围下的加速效果。实验结果显示，ACMS在大规模动力学仿真中具有明显的加速效果，且求解范围越大，加速效果越显著。此外，文章还提到了ACMS的进一步设置和优化建议，鼓励读者深入探索Nastran的高性能计算功能。

1 概述

在前面的文章中我们介绍了高性能仿真的重要性和Nastran静力学仿真中常用的高性能仿真设置选项。从其中的对比案例可以知道，提高并行核数、增大可用内存、选择合适的求解算法都对仿真有明显的加速效果。本文在前文基础上，继续介绍Nastran在动力学仿真中的高性能设置选项。

2 硬件与模型

本文算例所用计算机主要硬件及操作系统型号见下表。

 算例所用的MSC Nastran软件型号为2018，计算模型为一根无约束的实心方梁，自由度数约为202万，详见下图。

3 动力学加速算法

并行核数与可用内存对仿真效率有直接影响，但前文已介绍怎么设置，本文不再赘述。本文主要介绍动力学仿真加速算法ACMS（自动部件模态综合法）的使用方法、使用注意事项和加速效果。

ACMS方法在求解过程中会对求解域自动分割，分别求解再做模态合成。可以用在模态求解以及模态法相关的动力响应求解中，包括下述问题：

1）  Sol 103——模态分析

2）  Sol 110——模态法复特征值分析

3）  Sol 111——模态法频率响应分析

4）  Sol 112——模态法瞬态响应分析

3.1 ACMS使用方法

调用ACMS方法只需在Nastran模型文件中的执行控制段添加下图所示的控制语句即可。

Nastran 2018版本对ACMS方法做了调整，采用新旧两种模式，新模式对内存依赖比较大，但效率更高。如果使用时出现内存不足的报错，可参考上图改成旧模式。

3.2 ACMS注意事项

使用默认的Lanczos方法同时支持频率范围和模态阶数两种特征值提取方法，而使用ACMS方法，只支持频率范围一种，而且必须定义频率上限。只定义模态阶数，求解会报错；同时定义频率范围和模态阶数，求解时只考虑频率范围。当模型文件中没有指定频率上限时，求解后的报错信息见下图。

如果仿真后出现这个问题，只需在模型文件中增加频率上限即可，参考下图。

3.3 ACMS应用效果

仿真规模由模型规模和求解范围决定。本文将模型规模固定，对比不同求解范围情况下 Lanczos法与ACMS法在仿真耗时上的不同，详见下图。求解时统一采用了16核SMP并行，可用内存统一为物理内存的75%。

当只需求解10阶模态时，两种方法所耗费的时间几乎相同；求解100阶模态时，ACMS法耗时减少27.55%；求解200阶模态时，ACMS法耗时减少33.89%。经过以上对比，可以得出求解范围越大ACMS加速效果越明显的结论。

本文主旨是介绍ACMS法的使用方法，读者可以自行对比模态求解阶数固定、模型规模不同情况的加速效果。应该呈现模型规模越大，加速效果越明显的规律。

4 结论

ACMS法在大规模动力学仿真中经常被使用，可以大幅度提高仿真效率。本文只介绍了ACMS法的初级使用方法，实际上Domainsolver卡片内包括多个可以手动调整的参数。如果对卡片足够熟悉，可以进行更详细的设置，从而进一步提高效率。更多内容请参考Nastran帮助文件中的《Quick Reference Guide》和《High Performance Computing User‘s Guide》。